CN108390579A - 一种自适应宽压输入ac/dc电源系统及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自适应宽压输入AC/DC电源系统及其工作方法，通过电压采样电路对输入电压进行采样分析，然后通过MOS管对多抽头变压器的匝比进行调节，将后级AC/DC变换器输入电压控制在可接受的范围内。本发明根据变压器特性，当系统上电时，首先AD转换器采集输入电压，将此数据送入单片机进行计算，然后通过控制GPIO端口的逻辑电平控制MOS管的通断。MOS管连接多抽头变压器每一个抽头，通过控制MOS管的开通与关断决定变压器初级与次级的匝比，继而根据正确的匝比将输入电压转换为后级AC/DC正常的工作范围之内。

Description

一种自适应宽压输入AC/DC电源系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种自适应宽压输入AC/DC电源系统及其设计方法，属于电源技术领域。
背景技术
工业系统的复杂程度越来越高，先进技术的应用更加需要高效率、高品质的开关电源，对于 85V～825V输入电压范围的工业用电，使用常规的AC/DC变换器无法满足要求，会导致输出电压不稳定，或是直接烧毁供电设备。
常用的工业系统供电设备会根据输入电压的范围，选择合适的AC/DC开关电源，同时供电范围是较窄的85V～264V等200V以内的变化，但此种方法存在一定缺陷，输入电压并不是固定不变的数值，在设备运行过程中会出现较大的电压波动，这会对窄输入电压范围的AC/DC变化器造成较大的冲击，不利于系统长期稳定的工作。
中国专利文献CN 104022661A公开了超宽电压输入范围AC/DC-DC自适应仪用开关电源。包括输入保护电路、EMI滤波电路、工频整流滤波电路、高频整流滤波电路、升压变换电路、反激变换电路、第一电压采样电路、第一电流采样电路、第二电压采样电路、第二电流采样电路、第一 PWM调制电路、第二PWM调制电路、辅助供电电源电路、电源切换电路、电压检测比较控制电路和光耦隔离反馈电路；其中升压变换电路和反激变换电路组成两级式级联电路，能够使自动化仪表自动适应85～265V交流和18～100V直流电源供电。但是，该专利存在升压和反激两级变换电路，电路设计复杂度高；输入电压较低时，电压需要经过两级功率变换，损耗较大，影响效率。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种自适应宽压输入AC/DC电源系统；
本发明还提供了上述AC/DC电源系统的工作方法；
发明提出了一种可靠的、适合长期稳定工作的自适应输入电压范围的AC/DC变换器设计方法，可以根据输入电压的变化自适应变压器匝比，可在稳定工作的前提下保持较高的工作效率。
本发明的技术方案为：
一种自适应宽压输入AC/DC电源系统，包括：多抽头变压器、输入电压检测电路、单片机、控制多抽头变压器通断的MOSFET、AC/DC变换器；
所述多抽头变压器、所述MOSFET、所述输入电压检测电路、所述单片机依次连接；所述 MOSFET连接所述AC/DC变换器。
上述AC/DC电源系统的工作方法，包括：通过输入电压检测电路对输入电压进行采样分析，通过控制多个MOS的组合通断，调节变压器匝比，将输入电压控制在AC/DC变换器可接受的范围内。
MOS管连接多抽头变压器每一个抽头，通过控制MOS管的开通与关断决定变压器初级侧接入匝数，进而控制变压器初级与次级的匝比，继而根据正确的匝比将输入电压转换为后级AC/DC 变换器可接受的工作范围之内。
根据本发明优选的，通过输入电压检测电路对输入电压进行采样分析，即AD转换器采集输入电压，将此数据送入单片机进行计算，包括：
多个MOS包括4个MOS，即MOS管T1、MOS管T2、MOS管T3、MOS管T4；
输入电压检测电路对输入电压进行采样，将采集的电压信息送入单片机控制芯片进行分析、判断，通过查表的方式控制MOS管T1、MOS管T2、MOS管T3、MOS管T4的通断，即：如果输入电压为85V～264V，关断MOS管T1、MOS管T2、MOS管T3，导通MOS管T4；如果输入电压为250V～430V，关断MOS管T1、MOS管T2、MOS管T4，导通MOS管T3；如果输入电压为 420V～650V，关断MOS管T1、MOS管T3、MOS管T4，导通MOS管T2；如果输入电压为640V～825V，关断MOS管T2、MOS管T3、MOS管T4，导通MOS管T1；进而控制变压器工作匝比。
根据本发明优选的，通过MOS管对变压器的匝比进行调节，将输入电压控制在AC/DC变换器可接受的范围内，包括：
当检测到输入电压为85V～264V时，单片机驱动MOS管T4导通，MOS管T1、MOS管T2、MOS管T3关断，变压器匝比为1:1，变压器次级输出电压85V～264V；
当检测到输入电压为250V～430V时，单片机驱动MOS管T3导通，MOS管T1、MOS管T2、MOS管T4关断，变压器匝比为2:1，变压器次级输出电压125V～215V；
当检测到输入电压为420V～650V时，单片机驱动MOS管T2导通，MOS管T1、MOS管T3、MOS管T4关断，变压器匝比为3.2:1，变压器次级输出电压131V～203V；
当检测到输入电压为640V～825V时，单片机驱动MOS管T1导通，MOS管T2、MOS管T3、MOS管T4关断，变压器匝比为4.2:1，变压器次级输出电压152V～196V。
通过以上对输入电压进行分段处理，缩小了次级绕组电压范围，将其控制在次级侧AC/DC变换器可接受的输入电压范围内。
进一步优选的，
当检测到输入电压上升至250V～264V时，单片机驱动MOS管T3导通，MOS管T1、MOS管T2、MOS管T4关断，变压器匝比为2:1，变压器次级输出电压125V～215V；当检测到输入电压下降至250V～264V时，单片机驱动MOS管T4导通，MOS管T1、MOS管T2、MOS管T3关断，变压器匝比为1:1，变压器次级输出电压85V～264V；
当检测到输入电压上升至420V～430V时，单片机驱动MOS管T2导通，MOS管T1、MOS管T3、MOS管T4关断，变压器匝比为3.2:1，变压器次级输出电压131V～203V；当检测到输入电压下降至420V～430V时，单片机驱动MOS管T3导通，MOS管T1、MOS管T2、MOS管T4关断，变压器匝比为2:1，变压器次级输出电压125V～215V；
当检测到输入电压上升至640V～650时，单片机驱动MOS管T1导通，MOS管T2、MOS管T3、MOS管T4关断，变压器匝比为4.2:1，变压器次级输出电压152V～196V；当检测到输入电压下降至640V～650时，单片机驱动MOS管T2导通，MOS管T1、MOS管T3、MOS管T4关断，变压器匝比为3.2:1，变压器次级输出电压131V～203V。
在四个电压分段相交的电压值处，控制芯片可能会对输入电压状态识别模糊而导致状态频繁跳变，所以在各电压值相重合的电压点进行滞环比较控制，滞环宽度为10V左右，提高了设备工作的稳定性。
本发明的有益效果为：
1、与一般AC/DC变换器相比，仅改进变压器设计，即可实现大范围宽压输入，无需增加复杂硬件电路；
2、控制逻辑简单，只需根据输入电压调整变压器工作匝比即可；
3、无需增加级联变换电路，不会降低变换器效率。
附图说明
图1为本发明自适应宽压输入AC/DC电源系统的结构示意图；
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。
实施例1
一种自适应宽压输入AC/DC电源系统，如图1所示，包括：多抽头变压器、输入电压检测电路、单片机、控制多抽头变压器通断的MOSFET、AC/DC变换器；
多抽头变压器、MOSFET、输入电压检测电路、单片机依次连接；MOSFET连接AC/DC变换器。
实施例2
实施例1所述的AC/DC电源系统的工作方法，包括：通过输入电压检测电路对输入电压进行采样分析，通过控制多个MOS的组合通断，调节变压器匝比，将输入电压控制在AC/DC变换器可接受的范围内。
MOS管连接多抽头变压器每一个抽头，通过控制MOS管的开通与关断决定变压器初级侧接入匝数，进而控制变压器初级与次级的匝比，继而根据正确的匝比将输入电压转换为后级AC/DC 变换器可接受的工作范围之内。
实施例3
根据实施例2所述的AC/DC电源系统的工作方法，包括：
通过输入电压检测电路对输入电压进行采样分析，即AD转换器采集输入电压，将此数据送入单片机进行计算，包括：
多个MOS包括4个MOS，即MOS管T1、MOS管T2、MOS管T3、MOS管T4；
输入电压检测电路对输入电压进行采样，将采集的电压信息送入单片机控制芯片进行分析、判断，通过查表的方式控制MOS管T1、MOS管T2、MOS管T3、MOS管T4的通断，即：
当检测到输入电压为85V～264V时，单片机驱动MOS管T4导通，MOS管T1、MOS管T2、MOS管T3关断，变压器匝比为1:1，变压器次级输出电压85V～264V；
当检测到输入电压为250V～430V时，单片机驱动MOS管T3导通，MOS管T1、MOS管T2、MOS管T4关断，变压器匝比为2:1，变压器次级输出电压125V～215V；
当检测到输入电压为420V～650V时，单片机驱动MOS管T2导通，MOS管T1、MOS管T3、MOS管T4关断，变压器匝比为3.2:1，变压器次级输出电压131V～203V；
当检测到输入电压为640V～825V时，单片机驱动MOS管T1导通，MOS管T2、MOS管T3、MOS管T4关断，变压器匝比为4.2:1，变压器次级输出电压152V～196V。
通过以上对输入电压进行分段处理，缩小了次级绕组电压范围，将其控制在次级侧AC/DC变换器可接受的输入电压范围内。
其中，当检测到输入电压上升至250V～264V时，单片机驱动MOS管T3导通，MOS管T1、 MOS管T2、MOS管T4关断，变压器匝比为2:1，变压器次级输出电压125V～215V；当检测到输入电压下降至250V～264V时，单片机驱动MOS管T4导通，MOS管T1、MOS管T2、MOS管 T3关断，变压器匝比为1:1，变压器次级输出电压85V～264V；
当检测到输入电压上升至420V～430V时，单片机驱动MOS管T2导通，MOS管T1、MOS管T3、MOS管T4关断，变压器匝比为3.2:1，变压器次级输出电压131V～203V；当检测到输入电压下降至420V～430V时，单片机驱动MOS管T3导通，MOS管T1、MOS管T2、MOS管T4关断，变压器匝比为2:1，变压器次级输出电压125V～215V；
当检测到输入电压上升至640V～650时，单片机驱动MOS管T1导通，MOS管T2、MOS管T3、MOS管T4关断，变压器匝比为4.2:1，变压器次级输出电压152V～196V；当检测到输入电压下降至640V～650时，单片机驱动MOS管T2导通，MOS管T1、MOS管T3、MOS管T4关断，变压器匝比为3.2:1，变压器次级输出电压131V～203V。
在四个电压分段相交的电压值处，控制芯片可能会对输入电压状态识别模糊而导致状态频繁跳变，所以在各电压值相重合的电压点进行滞环比较控制，滞环宽度为10V左右，提高了设备工作的稳定性。

Claims (5)

1.一种自适应宽压输入AC/DC电源系统，其特征在于，包括：多抽头变压器、输入电压检测电路、单片机、控制多抽头变压器通断的MOSFET、AC/DC变换器；
所述多抽头变压器、所述MOSFET、所述输入电压检测电路、所述单片机依次连接；所述MOSFET连接所述AC/DC变换器。
2.权利要求1所述的AC/DC电源系统的工作方法，其特征在于，包括：通过输入电压检测电路对输入电压进行采样分析，通过控制多个MOS的组合通断，调节变压器匝比，将输入电压控制在AC/DC变换器可接受的范围内。
3.根据权利要求2所述的AC/DC电源系统的工作方法，其特征在于，通过输入电压检测电路对输入电压进行采样分析，即AD转换器采集输入电压，将此数据送入单片机进行计算，包括：
多个MOS包括4个MOS，即MOS管T1、MOS管T2、MOS管T3、MOS管T4；
输入电压检测电路对输入电压进行采样，将采集的电压信息送入单片机控制芯片进行分析、判断，通过查表的方式控制MOS管T1、MOS管T2、MOS管T3、MOS管T4的通断，即：如果输入电压为85V～264V，关断MOS管T1、MOS管T2、MOS管T3，导通MOS管T4；如果输入电压为250V～430V，关断MOS管T1、MOS管T2、MOS管T4，导通MOS管T3；如果输入电压为420V～650V，关断MOS管T1、MOS管T3、MOS管T4，导通MOS管T2；如果输入电压为640V～825V，关断MOS管T2、MOS管T3、MOS管T4，导通MOS管T1；进而控制变压器工作匝比。
4.根据权利要求2或3所述的AC/DC电源系统的工作方法，其特征在于，通过MOS管对变压器的匝比进行调节，将输入电压控制在AC/DC变换器可接受的范围内，包括：
当检测到输入电压为85V～264V时，单片机驱动MOS管T4导通，MOS管T1、MOS管T2、MOS管T3关断，变压器匝比为1:1，变压器次级输出电压85V～264V；
当检测到输入电压为250V～430V时，单片机驱动MOS管T3导通，MOS管T1、MOS管T2、MOS管T4关断，变压器匝比为2:1，变压器次级输出电压125V～215V；
当检测到输入电压为420V～650V时，单片机驱动MOS管T2导通，MOS管T1、MOS管T3、MOS管T4关断，变压器匝比为3.2:1，变压器次级输出电压131V～203V；
当检测到输入电压为640V～825V时，单片机驱动MOS管T1导通，MOS管T2、MOS管T3、MOS管T4关断，变压器匝比为4.2:1，变压器次级输出电压152V～196V。
5.根据权利要求4所述的AC/DC电源系统的工作方法，其特征在于，当检测到输入电压上升至250V～264V时，单片机驱动MOS管T3导通，MOS管T1、MOS管T2、MOS管T4关断，变压器匝比为2:1，变压器次级输出电压125V～215V；当检测到输入电压下降至250V～264V时，单片机驱动MOS管T4导通，MOS管T1、MOS管T2、MOS管T3关断，变压器匝比为1:1，变压器次级输出电压85V～264V；
当检测到输入电压上升至420V～430V时，单片机驱动MOS管T2导通，MOS管T1、MOS管T3、MOS管T4关断，变压器匝比为3.2:1，变压器次级输出电压131V～203V；当检测到输入电压下降至420V～430V时，单片机驱动MOS管T3导通，MOS管T1、MOS管T2、MOS管T4关断，变压器匝比为2:1，变压器次级输出电压125V～215V；
当检测到输入电压上升至640V～650时，单片机驱动MOS管T1导通，MOS管T2、MOS管T3、MOS管T4关断，变压器匝比为4.2:1，变压器次级输出电压152V～196V；当检测到输入电压下降至640V～650时，单片机驱动MOS管T2导通，MOS管T1、MOS管T3、MOS管T4关断，变压器匝比为3.2:1，变压器次级输出电压131V～203V。
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Application publication date: 20180810